比值控制系统
比值控制系统
一、基本概念：
比值控制系统（流量比值控制系统）：实现两个或两个以
上参数符合一定比例关系的控制系统。
主物料或主动量：在保持比例关系的两种物料中处于主导 地位的物料，称为主物料；表征主物料的参数，称为主动 量（主流量），用F1表示。 从物料或从动量：按照主物料进行配比，在控制过程中跟 随主物料变化而变化的物料，称为从物料；表征从物料特 性的参数，称为从动量（副流量），用F2表示。 有些场合，用不可控物料为主物料，用改变可控物料即从 物料来实现比值关系。 K= F2/ F1
2、单闭环比值控制
增加一个副流量闭环控制系统
2、单闭环比值控制
单闭环比值控制特点
不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且可以 克服副流量本身干扰对比值的影响，主副流量的比值较
为精确。
总物料量不固定，对于负荷变化幅度大，物料又直接去 化学反应器的场合是不适合的。 当主流量出现大幅度波动时，副流量给定值大幅度波动， 在调节的一段时间里，比值会偏离工艺要求的流量比， 不适用于要求严格动态比的场合。 适用于主物料在工艺上不允许进行控制的场合
原理：F1的测量值乘以某一系 数K’作为控制器FC的设定值， 可以用比值器，乘法器实现。
原理：两种流量的比值作为副流 量控制器的测量值，可以用除法 器实现。
用比值器组成的方案
比值器的作用是实现一 个输入信号乘上一个常 数的运算
K
比值器 I入
I出 控制器 控制阀 测量变送器2 测量变送器1 F1 流量对象
F I (20 4) 4 Fmax
I 2 I 20 从动流量的测量信号 I 2max I 20 K I1 I10 主动流量的测量信号 I1max I10
F2 F2 (20 4) 4 4 (20 4) Fmax I 2 4 F2max K F1 F1 I1 4 (20 4) 4 4 (20 4) F1max Fmax F1max F2 F1max K F1 F2max F2max
比值控制系统课后练习题
比值控制系统课后练习题一、填空题1. 比值控制系统是一种以保持__________的恒定为控制目标的控制系统。
2. 在比值控制系统中，常用的控制方案有__________、__________和__________。
3. 比值控制系统的关键参数是__________和__________。
4. 比值系数K的大小决定了__________和__________之间的关系。
5. 在串级比值控制系统中，主控制器通常控制__________，副控制器控制__________。
二、选择题A. 比值系数KB. 控制器的比例度C. 控制器的积分时间D. 控制器的微分时间A. 比值控制器B. 调节阀C. 检测元件D. 执行机构A. 单闭环比值控制B. 双闭环比值控制C. 串级比值控制D. 分散比值控制三、判断题1. 比值控制系统可以消除干扰对被控参数的影响。
（）2. 在比值控制系统中，比值系数K越大，系统的控制效果越好。
（）3. 串级比值控制系统适用于控制过程中干扰因素较多的情况。
（）4. 比值控制系统中的检测元件只需检测一个参数。
（）5. 比值控制系统的设计关键是确定合适的比值系数K和控制器的参数。
（）四、简答题1. 简述比值控制系统的基本原理。
2. 比值控制系统与常规控制系统有何区别？3. 在比值控制系统中，如何选择合适的控制方案？4. 简述比值系数K对控制系统的影响。
5. 如何提高比值控制系统的控制效果？五、计算题1. 已知某比值控制系统的比值系数K为1.5，主控制器输出为4mA，求副控制器输出。
2. 某比值控制系统，主控制器参数为比例度δ=50%，积分时间Ti=1min，微分时间Td=0.1min，求比值系数K。
3. 在一个双闭环比值控制系统中，已知主控制器输出为10mA，副控制器输出为8mA，求比值系数K。
六、案例分析题1. 某化工厂需要控制两种原料的流量比为1:2，采用单闭环比值控制系统。
当前系统运行不稳定，流量比波动较大。
第五章-比值控制系统
Q1
相当于改变空气量Ｑ２的给定值。所以，空气量就要跟随改变，从 而保持了比例关系。如果调节器 Gc 2 (s) 选用比例积分作用，则平衡 时
Gm 2 ( s) Q1 ( s) Q2 ( s) Gc1 ( s)Gm1 ( s)
式中；
Gm1 ( s)
－－为两个流量变送器的传递函数； Gm 2 ( s)
例如：合成炉的比值控制系统，如（图5－30）：
要求A、B两种物料的流 量保持一定比例，其中B 不可控，当它改变时， 由调节器控制调节阀，A、 B管路上都安装了节流元 件。DT为变送器，它将 两个压差变成两个电流， R为比值器，将压差控制 电流作为设定值送到调 节器，系统框图如下
QAC 是比例积分作用，通过调节A物料流量以保持 I I * A B
要求Ｑ１、Ｑ２流量比较恒定，因此，设计了双闭环比值控制系统。 其框图为：
X (s )
Gc1 ( s)
Gv1 (s)
G p1 (s)
Q1 ( s )
Gm1 ( s)
K
Y (s)
Gc 2 ( s)
Gv 2 ( s)
Gm 2 ( s)
（ 图5－25）
G p 2 ( s)
Q2 (s)
在生产恒定的情况下，主动量Ｑ１通过本身的闭合回路保持在给定 值ｘ（ｔ）上，同时，通过比值器Ｋ给出从流量回路的给定值ｙ （ｔ）。从流量根据给定值ｙ（ｔ）进行调节，以保持主流量、从 流量之间为一定比例。
由于采用了开方器,比值系数的计算需要稍加改动.
从压差变送器输出的信号仍为IA和IB, 经过开方器后得到
（5－28）
同样,IB’ 经过比值器后得到：
I
' B
' ( I B 4) 4
比值控制系统的工作原理
比值控制系统的工作原理
比值控制系统是一种基于偏差量和比例常数的控制系统。
其工作原理如下：
1. 比例控制：比值控制系统根据输入偏差量和比例常数，计算出输出信号。
比例控制的原理是通过将错误信号和一个固定的乘法因子相乘来产生输出信号。
这个因子就是比例常数，用于调整输出与输入之间的比例关系。
2. 反馈环路：比值控制系统通常采用反馈环路来实现。
它将输出信号与期望输出值进行比较，通过反馈回路将差异信号传递回控制器。
控制器根据差异信号调整输出信号，使其接近期望输出值。
这样，控制系统就能够实时地校正偏差，并不断调整输出信号以实现稳定的控制。
3. 闭环控制：比值控制系统通过闭环控制来实现。
它不仅考虑输入和输出之间的比例关系，还根据反馈信号对输出信号进行调整。
这种控制方式能够根据实际情况动态地调整输出信号，提高控制的准确性和稳定性。
总体而言，比值控制系统的工作原理是通过比例调节和反馈控制来实现对输出信号的调整和校正。
它能够实时地根据反馈信号对输出信号进行调整，达到期望的控制效果。
比值控制系统的种类
比值控制系统的种类
比值控制系统根据其结构和特性可以分为不同的种类。
以下是比值控制系统的一些常见种类：
1. 开环比值控制系统：在这种系统中，主动量的比例关系是通过预设的参数直接调节的，没有反馈机制。
这种控制系统比较简单，但对于外界干扰很敏感。
2. 单闭环比值控制系统：这种系统中，主动量的比例关系是通过一个反馈回路进行调节的。
反馈机制可以根据实际输出与期望输出之间的差异来调整主动量，以保持比例关系。
3. 双闭环比值控制系统：这种系统在单闭环比值控制系统的基础上增加了一个内环控制回路。
这个内环可以进一步调整主动量，使其更准确地维持比例关系。
4. 变比值控制系统：这种系统中，比例关系不是固定的，而是可变的。
根据特定条件或需求，系统可以自动调整比例关系来满足要求。
5. 串级比值控制系统：这种系统中，多个比值控制系统按一定次序串联连接，形成一个层级关系。
每个控制环节都负责维持其管理的比例关系，最终实现整体的比值控制。
6. 比值控制组合的系统：这种系统结合了多种比值控制技术和方法，根据具体需求和复杂性进行组合，以实现更精确的比值控制效果。
比值控制系统
的控制信号。
P2T
炉膛
正 燃气
锅炉给水
P2C输出高值时，LS选中P1C作为输出。系统是 以蒸汽压力为被控变量的简单控制系统。当煤气压力
超过P2C给定值时， P2C输出低值， LS将改选P2C作
为输出。 系统处于
P1T 蒸汽
燃气压力控制时，
反
P1C 反
蒸汽出口压力控
汽包
P2C
＜ 选择器1
制回路被燃气压
力安全保护回路
2）控制方案的选择
控制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时 兼顾经济性原则。
①如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而 对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。
②如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、 副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制 方案。
③当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第 三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。
如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调 节阀的开度不变，输出流量也会发生较大变化。
因此，简单
均匀控制适用于干
LT
扰不大、对流量的
1#
2#
均匀程度要求较低
LC
的场合。
2．串级均匀控制 为了克服简单均匀控制只有一个控制回路，只能 保证一个被控变量精度的缺点，可在简单均匀控制方 案基础上增加一个副控制回路，构成串级均匀控制。
给定1 － 控制器1
＋
正常控制
＋
控制器2 给定2 － 取代控制
变送器1
选择器
执行器
干扰 对象
被控量1 被控量2
变送器2
例1 锅炉蒸汽压力的控制
工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。若用单回路 控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。
第七章 比值控制系统
(三)、双闭环比值控制 1、特点 能克服单闭环主流量不受控的不足。
2、系统组成：如下图所示。
7-3 a)
双闭环比值控制
设定值(定值)
给定(随动值)
7-3 a)
双闭环比值控制
3、另一优点：
升降负荷比较方便。 4、适用场合
常用在主流量干扰频繁或工 艺上不允许负荷有较大的波动， 或工艺上经常需要升降负荷的场 合。
K正比于静态工作点流量F0 F0变化，K变化，影响动态质量。 解决办法：加入开方器，或通过阀特性补偿
比值控制系统中非线性环节的影响
（2）除法器的非线性 除法器本身就是一个非线环节 补偿办法：通过对数阀特性补偿
K 比值控制器 控制阀 流量对象
F2
测量变送2 除法器 开方器 测量变送1
F1
比值控制系统中的信号匹配问题
Q1
Q2
第二节
比值控制系统的类型
(一)、开环比值控制
1、系统组成: 如下图所示。
2、特点 简单、成本低； 只有当Q1变化时才起控制作用； Q2变化时Q1不会响应，比例关系被破坏。 3、适用场合 副流量没有干扰的情况。
(二)、单闭环比值控制
1、特点: 能克服开环比值方案的不足。 2、系统组成：如下图所示。
第七章 比值控制系统
第一节 概述
1、方法的产生 在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流 量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正 常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染， 甚至产生生产事故。如： 燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定 比例混合后送入炉膛。 制药生产中要求药物和注入剂按比例混合。
2
F F K F F
2 2 2 1
F1max 2 ) K ( F2max
第二章 第3节 比值控制系统
2、比值器、乘法器方案
比值器、乘法器不包括在闭环回路中，故不影响系统的性 能
四、比值系数的设定
1、应用比值器的方案
U2：副流量的测量值 U1：主流量测量值，比值器输入值 Uo：副流量控制器的设定值，比值 器输出 K: 比值系数
G 1 = Gx ; G
2
= G (1 − x )
G2 1 − x k = = ; k ∈ (0, ∞ ) G1 x
3、均分控制
如图2-19所示，使两个流量之差为定值
Q1
F1T
÷
F2T
RC
YC
YT
y
Q2
图2-3-8 与2－17（b）对应
（1）控制过程： Q1/Q2=r 送给RC 作为测量值，YC最终产品质量控制器，输 出作为RC的设定值。 当除流量之外的干扰影响YC的测量值后，YC输出改变，从 而修改了RC的设定值，即修改了主流量和副流量的比值。
（2）系统分析： 对于进入主流量Q1的干扰，由于比值回路的快速跟踪作 用，使副流量Q2=rQ1变化，使主参数y恒定，静态前馈作用 对于进入Q2的干扰，通过自身的控制回路来克服，它相 当于串级控制系统的副回路 综上，变比值系统实质是一种静态前馈－串级控制系统
R 控制器 控制阀 测量变送 副流量对象 Q2 Q1
图2-3-4 开环比值控制系统方框图
2、单闭环比值控制系统
如图2-3-5所示，对副流量构成闭环。 对于副流量自身的干扰可以消除。系统中包含了一个闭合 回路，所以称为单闭环比值控制。
R F1T
30%NaOH
FC
F2T
H2O
混 合 器
比值控制系统
比值控制系统就是要实现副流量F2与主 流量F1成一定的比值关系:
K=
F2 F1
F2—为副流量， F1—为主流量
7.2 比值控制系统的类型
7.2.1 7.2.2 7.2.3 7.2.4 开环比值控制系统 单闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统 其它类型的比值控制系统
7.2.1 开环比值控制系统
F1 FC
F1max —主流量变送器量程上限 F2max —副流量变送器量程上限
可以证明：对于不同信号范围的仪表，比值系 数的计算式是一样的。
7.3.2 流量与测量信号成非线性关系时的计算 流量与差压的非线关系：
F k k:
p
节流装置的比值系数。 针对不同信号范围的仪表，测量信号与流量的转换关系为：
p F2 10 10 0~10mADC的电动仪表： I p 2 Fmax max F2 16 4 4~20mADC的电动仪表： I 2 Fmax F2 20~100kPa的气动仪表： p 80 20 2 Fmax
7.3.1
流量与测量信号成线性关系时的计算
将工艺K（比值）如何折算成仪表比值系数K′ 对于DDZ-Ⅲ型仪表(4~20mADC)
I= K′= F ×16+4 Fmax I2 -4 I1 -4 (3—2) (3—3)
I1—副流量测量信号值 I2—主流量测量信号值 将（3—2）代入（3—2），得：
F2 16 4 4 F1max I 2 4 F2 max F2 F1max K' K F1 I1 4 F2 max 16 4 4 F1 F2 max F1max
第7章 比值控制系统
1. 2. 3. 4. 5.
6.
比值控制系统
2、采用差压法未经开方流量检测单元的情况 此时，主动量与从动量的输出值（无量 纲）分别为（F1/F1MAX）2， （F1/F1MAX）2 。 所以比值系数为：
( F2 / F2 MAX ) 2 F2 2 F1MAX 2 2 F MAX 2 K= =( ) ( ) =k ( 1 ) 2 ( F1 / F1MAX ) F1 F2 MAX F2 MAX
比值控制系统中，从动量控制系统是随 动控制系统，其设定值由系统外部的kFM提 供，其任务就是使从动量FS尽可能地保持与 KFM相等，随着FM的变化，始终保持FM与FS 的比值关系。 在系统稳定时，该比值是比较精确的， 在动态过程中，比值关系相对不够精确。 当主动量处于不变状态时，从动量控制 系统又相当于一个定值控制系统。
图9－14 双闭环比值控制系统方框图
2、双闭环比值控制系统
在主动量也需要控制时，增加一个主动 量闭环控制系统，单闭环比值控制系统成为 双闭环比值控制系统，如图9－14所示。 增加了主动量闭环控制后，主动量得以 稳定，从而使总流量能保持稳定。 双闭环比值控制系统主要用于总流量需 要经常调整（即工艺负荷的升降）的场合， 如无此要求，可采用两个单独的闭环控制系 统来保持比值关系。
图9－16 加热炉变比值控制系统方框图
三、比值系数计算
流量比值与设置于仪表的比值系数是两 个不同的概念，它们都为无量纲系数，但两 者的数值是不等的。 流量比值k是流量的比值，它们可以同为 质量流量、体积流量或折算为标准情况下的 流量。 比值系数K是设置于比值函数模块或比值 控制器中的参数。
1、采用线性流量检测单元的情况
图9－12 燃烧过程比值单闭环比值控制系统 如图9－12所示。从结构上看，似乎与串 级控制系统很相似。但它们的方框图是不同 的，如图9－13所示，而且功能也不同。
比值控制系统的类型及应用
比值控制系统的类型及应用比值控制系统是一种常用的控制系统形式，它通过对被控对象的输入和输出进行比值运算，根据运算结果来调节控制器的输出信号，使得被控对象的输出始终保持在期望值的比值范围内。
相比于传统的比例控制系统，比值控制系统具有更高的控制精度和更强的抗干扰能力，适用于许多工业领域的控制需求。
比值控制系统的类型主要包括比例-积分（PI）控制系统、比例-积分-微分（PID）控制系统和模糊比值控制系统。
比例-积分（PI）控制系统是一种常见的比值控制系统，它通过将被控对象的输出与期望值之间的误差进行比值运算，然后乘以比例增益和积分时间，最终得到控制器的输出信号。
PI控制系统具有良好的稳定性和快速的响应速度，适用于对稳态误差要求较高的系统，如温度控制、流量控制和水位控制等。
比例-积分-微分（PID）控制系统在PI控制系统的基础上增加了微分时间，通过对误差的变化率进行比值运算，来进一步提高系统的响应速度和稳定性。
PID控制系统广泛应用于工业过程控制中，如压力控制、速度控制、位置控制和自动驾驶等。
它可以根据被控对象的动态特性来调整三个参数，以获得最佳的控制效果。
模糊比值控制系统是一种基于模糊逻辑的控制方法，它不依赖于精确的数学模型，而是根据专家经验和实际观测来建立模糊规则集，通过对输入的模糊度和输出的模糊度进行比值运算，从而实现控制目标。
模糊比值控制系统具有良好的鲁棒性和适应性，对于那些难以建模或者动态变化较大的系统，模糊比值控制系统能够有效地实现控制任务。
比值控制系统在许多领域中有着广泛的应用。
在工业自动化中，比值控制系统可以应用于温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等过程控制领域。
比如，在温度控制领域，比值控制系统可以通过监测被控对象的实际温度和期望温度之间的比值差异，来进行控制器输出信号的调节，使得被控对象的温度始终保持在期望值的比值范围内。
在交通运输领域，比值控制系统可以应用于交通信号灯控制、车辆速度控制、智能轨道交通系统等。
过程控制系统—比值控制系统(工业仪表自动化)
小结
比值控 制系统
比值控制系统的定义。 开环比值控制系统。 单闭环比值控制系统。 双闭环比值控制系统。
ห้องสมุดไป่ตู้
思考
什么是比值控制系统？
比值控制系统
比值控制系统
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统， 称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。
几个概念
主物料、主动量（Q1 、主流量） 从物料、从动量（Q2 、副流量）
副流量Q2与主流量Q1的比值关系为 K Q2 Q1
比值控制系统
开环比值控制系统
图1 开环比值控制
图2 开环比值控制方块图
比值控制系统
图3 单闭环比值控制
图4 单闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
它能实现副流量随主流量的变化而变化，还可以克服副流量本 身干扰对比值的影响。
结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进 行控制的场合。
虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的， 当主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。
比值控制系统
双闭环比值控制系统 它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。
图5 双闭环比值控制
图6 双闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
实现了比较精确的流量比值，也确保了两物料总量基本不变。 提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器的给定值，就可以
提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。 结构较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整较麻烦。 主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上
比值控制系统
结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值 要求来设定。
第5章 比值控制系统
双闭环比值控制系统构成特点：
Q1 F1T F1C K F2T F2C Q2
比值 K 控制器2 执行器2 对象2 从物流 Q2 测量变送2 控制器1 执行器1 对象1 主物流 Q1 测量变送1
主、副物流各有一个闭环控制回路保证其流体稳定流动 主物流测变信号经比值计算后作为副物流控制器的给定值 比值部分属于开环
流量测量变送2 除法器 流量测量变送1 主测量变送
Q1
15
变比值控制特点
Q1 R F 1T TC FC Q2
÷ F 2T
① 是以某参数为主变量，以二流量比值为副参数的串级控
制 ② 可随工艺条件修正比值系数，具有一定的自适应能力 ③ 主参数稳定，比值部分特性同定比值控制。 16 主参数波动场合，比值部分特性同随动控制。
特点： a. 简单、仪表少、成本低 b. 性能稳定，精度、灵敏度
F2T
I2
关键问题
确定比值器设定数值
较高 c. 比值系数设定范围大 比值器种类 系数测定范围 ◊ 气动 0.25~4 ◊ DDZ-Ⅱ 0.03~3 ◊ DDZ-Ⅲ 0.3~4 d. 不能远程调整比值系数， 不能构成变比值控制系统
5.3 比值控制系统的实施
主要内容： 1）比值系数计算 2）比值控制实现方法
21
1）比值系数计算
关键问题： 确定比值计算器的比值系数K 定义： k：工艺要求二物流流量比 k=Q2 / Q1 K：仪表设定比值系数（k的标 准信号值）
Q2
Q1 F1T
I1 I2
K
Ik
FC
F2T
单闭环比值控制系统
设定： 流量由0上升到最大值Qmax， 对应变送器输出信号由相应的 标准信号最小值变到最大值。
第4章比值控制系统.ppt.ppt
3
4-2 比值控制系统的类型
1、开环比值控制系统
特点： 简单、成本低； 只有当F1变化时才起控制作用； F2变化时F1不会响应，比例关系被破坏。
式换算出设计条件下的Δpn，再求得此时的流量值，即
为校正后的真正流量值。
30
4-5 比值控制系统工程参数整定
按照随动控制系统的整定要求，整定的方法步骤为：
a.进行比值系数计算； b.将积分时间置于最大，调整比例度由大到小，找到系统 处于振荡与不振荡的临界过程为止； c.适当放宽比例度，一般放大20％左右，然后把积分时间 慢慢减小，找到系统处于振荡与不振荡的临界过程或微 振荡过程为止; d.将主物料控制器投入运行，并进行整定。
31
历史ⅱ岳麓版第13课交通与通讯 的变化资料
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[自读教材· 填要点] 一、铁路，更多的铁路 1．地位
铁路是
交通运输 建设的重点，便于国计民生，成为国民经济
发展的动脉。 2．出现 1881年，中国自建的第一条铁路——唐山 路建成通车。 1888年，宫廷专用铁路落成。 至胥各庄铁 开平
1、测量变送环节的非线性特性
流量与测量信号无论是呈线性关系还是呈非线性关系，
其比值系数与负荷的大小无关，均保持其为常数。但是， 当流量与测量信号呈非线性关系时对过程的动态特性却 是有影响的。
22
其输入－输出关系有：
采用DDZ－Ⅲ型仪表将差压信
2 p2max kq 2max p2 kq
25
4.3.1比值控制系统
注意： 在定比值控制系统中，控制系统的目的是保持主、从物料的比值关 系为定值。 在变比值控制系统中，流量比值只是一种控制手段，不是最终目的， 而第三参数往往是主要被控参数。（变比值控制系统，其目的是为了满 足工艺要求，使两种物料流量的比值随第三个工艺参数的需要而变化。 其实质是一个以第三参数为主参数，以两个流量比为副参数的串级控制 系统。）
比值控制系统是按功能命名的复杂控制系 统。在比值控制系统中，一个物料流量需要跟 随另一物料流量变化。前者称为从动量，后者 称为主动量。 通常，选择的主动量应是主要的物料或关 键物料的流量，它们通常是可测不可控，物料 不足时可能会影响安全生产的物料流量。从动 量是跟踪主动量变化的物料流量，通常，从动 量可测且可控，及供应及时，可供调节。例如， 反应过程中的空气、水或水蒸汽等。 在比值控制系统中，从物料随主物料按一 定的比值而变化，所以比值控制系统实际上是 一种随动控制系统。从控制原理来看，比值控 制系统属于前馈控制系统。
（3）变比值控制系统 变比值控制系统是比值随另一个控制 器输出变化的比值控制系统，它的结构是 串级控制系统与比值控制系统的结合，因 此，也称为串级比值控制系统。变比值控 制系统能及时根据所需的主被控变量，来 调整比值，使系统保持稳定，同时，它对 进入系统的扰动具有串级控制系统的优点。 因此，变比值控制系统也被广泛应用于生 产过程控制。
变比值控制系统框图
当Go(s)受到干扰引起被控参数Y(s)发生变化出现偏差时，主控制器 Gc(s)的测量值将发生变化，主控制器依据偏差改变控制输出U(s)—— 改变比值控制器Gc2(s)的设定值，从而对主流量Q1和副流量Q2的比值设 定值进行修正，以此来稳定主参数Y(s)。
变比值控制系统
变比值控制系统框图
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第三节比值控制系统
一、比值控制原理
在炼油、化工、制药等许多生产过程中,经常需要两种物料或两种以上的物料保持一定的比例关系。
最常见的就是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产与环保的要求:造纸过程中,浓纸浆与水要以一定的比例混合,才能制造出合格的纸浆;许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。
通常,在两个需要保持一定比例关系的物料中,一个就是主动量或关键量,另一个就是从动量或辅
助量。
由于物料通常就是液体,因此称主动量为主流量F
M ,从动量为副流量F
S。
F
M
与F
S
之间的关系为
Fs＝KF
M
(8－l)
式中,K为比值系数。
因此,只要主副流量的给定值保持比值关系,或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。
二、比值控制系统的类型
l.单闭环比值控制系统图8-12表示一个燃烧过程单闭环比值控制系统,主流量就是燃料,副流量就
是空气。
F
M
T测量出主流量并变换为标准信号,乘以比值系数K后,作为副流量控制系统中被控变量Fs的给定值。
如此,可以保持主流量与副流量之间的比例关系。
从系统结构外观上瞧,似乎单闭环比值控制系统与串级控制系统很相似。
但它们的方块图就是不同的,功能也就是不同的。
单闭环比值控制系统的方块图如图8-13所示。
图8-13 单闭环比值控制系统方块图
从图8－13中可以瞧到,没有主对象与主调节器,这就是单闭环比值控制系统在结构上与串级不同的地方,串级中的副变量就是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量,而比值中,副流量不会影响主流量,这就是两者之间本质上的区别。
副流量控制系统就是一个随动控制系统,它的给定值由系统外部的KF
M
提供,它的任务就就是使副流
量Fs尽可能地保持与KF
M 相等,随F
M
的变化而变化,始终保持F
M
与Fs的比值关系。
当系统处于稳态时,
比值关系就是比较精确的;在动态过程中,比值关系相对而言不够精确。
另外,当主流量处于不变的状态时,副流量控制系统又相当于一个定值控制系统。
与Fs保持比值总之,单闭环比值控制系统,能克服副流量的波动,能随着主流量的变化而变化,使F
M
关系。
但就是单闭环比值控制系统不能克服主流量的变化,当希望主流量也较稳定时,单闭环比值控制系统就无法胜任了。
因此,它应用于主流量不允许被控制的场合与主流量没有必要进行控制的场合。
2.双闭环比值控制系统
在主流量也需要控制的情况下,增加一个主流量闭环控制系统,单闭环比值控制系统就成为双闭环比值控制系统,见图8-14。
图8－14 双闭环比值系统方块图
由于增加了主流量闭环控制系统,主流量得以稳定,从而使得总流量能保持稳定。
双闭环比值控制系统主要应用于总流量需要经常调整(即工艺负荷提降)的场合。
如果没有这个要求,两个单独的闭环控制系统也能使两个流量保持比例关系,仅仅在动态过程中,比例关系不能保证。
3.变比值控制系统
如果工艺上要求两种流量的比值依据其她条件可以调整,则可构建变比值控制系统。
图8-15就是加热炉变比值控制系统,进料中燃料与空气要保持一定的比值关系,以维持正常的燃烧,而燃烧的实际状况又要从加热炉出烟的氧含量来加以判断。
因此,由AT测出烟气中的氧含量,送给AC,AC就是调节器,其输出作为单闭环比值控制系统的比值的给定值,画出该系统的方块如图8-16所示。
图中单闭环比值系统采用的就是相除方案,双闭环比值系统一样可以构成变比值系统。
另外,该系统又就是一个串级控制系统,就是氧含量-流量比值串级控制系统。
图8-16 加热炉变比值控制系统方块图。